Nghiên cứu độ bền làm việc trong môi trường ăn mòn và mài mòn của lớp phủ hợp kim cr20ni80 chế tạo bằng công nghệ phun phủ hồ quang điện

NGUYỄN NGỌC HẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN NGÀNH: THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN LÀM VIỆC TRONG MƠI TRƯỜNG ĂN MỊN VÀ MÀI MỊN CỦA LỚP PHỦ HỢP KIM Cr20Ni80 CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ HỒ QUANG ĐIỆN NGUYỄN NGỌC HẢI 2007 - 2009 Hà Nội 2009 HÀ NỘI 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN LÀM VIỆC TRONG MƠI TRƯỜNG ĂN MỊN VÀ MÀI MÒN CỦA LỚP PHỦ HỢP KIM Cr20Ni80 CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ HỒ QUANG ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN MÃ SỐ: 003521C79 NGUYỄN NGỌC HẢI Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HOÀNG TÙNG HÀ NỘI 2009 LỜI CẢM ƠN Qua luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS TS Hồng Tùng tồn thể thầy Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại Trường đại học Bách khoa Hà Nội, TS Lê Thu Quý cán thuộc phòng Dữ liệu thử nghiệm Nhiệt đới Môi trường - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Lời cảm ơn LỜI CAM ĐOAN Luận văn làm phịng Dữ liệu Thử nghiệm Nhiệt đới Mơi trường - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin xin cam đoan số liệu luận văn có thật! Lời cam đoan DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 - Một số vật liệu CrNi phương pháp phun phủ thực giới…………………………………… Bảng 5.1 - Một số đặc tính nhơm…………………………………… 28 Bảng 5.2 - Một số đặc tính crom…………………………………… 29 Bảng 5.3 - Một số đặc tính niken…………………………………… 30 Bảng 5.4 - Đặc điểm thấm ướt số kim loại lỏng oxit nhôm… 33 Bảng 7.1 - Chế độ làm tạo nhám bề mặt mẫu thí nghiệm…………… 49 Bảng 7.2 - Thành phần hoá học dây Al dây hợp kim Cr20Ni80 50 Bảng 7.3 - Thông số chế độ phun cho dây Al dây hợp kim Cr20Ni80…… 52 Bảng 7.4 - Chế độ chạy máy đo độ mài mòn lớp phủ………………………… 62 Bảng 8.1 - Kết đo độ xốp tỷ khối lớp phủ……………………………… 63 Danh mục bảng DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 - Lịch sử phát triển công nghệ phun phủ kim loại…………………… Hình 2.2 - Lớp phủ Al2O3 ZrO2 tuabin động Rolls – Royce AVON…………………… ………………… Hình 2.3 - Lớp phủ WC10Co4Cr………………………………………………… Hình 2.4 - Phun Al - Zn bảo vệ dàn khoan……………………………………… Hình 3.1 - Quá trình tạo lớp phủ kim loại………………………………………… Hình 3.2 - Bám dính học lớp phủ………………………………………… 12 Hình 3.3 - Trạng thái bề mặt ứng suất……………………………………… 12 Hình 3.4 - Phân loại cơng nghệ phun phủ kim loại……………………………… 13 Hình 3.5 - Nguyên lý cơng nghệ phun khí cháy………………………………… 13 Hình 3.6 - Thiết bị phun khí cháy………………………………………………… 14 Hình 3.7 - Ngun lý cơng nghệ phun hồ quang điện………………………… 14 Hình 3.8 - Thiết bị phun hồ quang điện………………………………………… 14 Hình 3.9 - Ngun lý cơng nghệ phun nổ………………………………………… 15 Hình 3.10 - Thiết bị phun nổ………………………………………………………… 15 Hình 3.11 - Ngun lý cơng nghệ phun plasma………………………………… 16 Hình 3.12 - Thiết bị phun plasma hệ kín…………………………………………… 16 Hình 3.13 - Ngun lý cơng nghệ phun HVOF…………………………………… 17 Hình 3.14 - Vận tốc nhiệt độ dòng lượng cơng nghệ………… 17 Hình 3.15 - Cấu trúc lớp phủ kim loại………………………………………… 18 Hình 4.1 - Một số dạng ăn mịn thực tế…………………………………… 21 Hình 4.2 - Sơ đồ giai đoạn mài mòn học……………………………… 26 Hình 5.1 - Sự thay đổi góc thấm ướt hợp kim Ni-20Cr lên bề mặt Al2O3 theo thời gian……………………………………… 34 Hình 5.2 - Ảnh SEM giọt hợp kim Ni-20Cr lên bề mặt………………………… 34 Hình 5.3 - Giản đồ pha Al - Fe…………………………………………………… 36 Hình 6.1 - Tạo nhám bề mặt phun hạt mài……………………………… 39 Hình 6.2 - Nguyên tắc đo độ mài mịn…………………………………………… 45 Danh mục hình Trang Hình 7.1 - Thiết bị làm EDUC-O-MATIC…………………………………… 47 Hình 7.2 - Máy nén khí trục vít BOGE S29……………………………………… 47 Hình 7.3 - Máy làm khơ khí nén D17-D275……………………………………… 47 Hình 7.4 - Ảnh hưởng đường kính hạt Al2O3 áp lực khí nén đến độ nhám bề mặt……………………………… 48 Hình 7.5 - Bề mặt mẫu trước (a) sau (b) phun hạt mài tạo nhám…… 49 Hình 7.6 - Phun cát làm mẫu thí nghiệm………………………………… 49 Hình 7.7 - Đầu phun hồ quang điện LD/U-2…………………………………… 50 Hình 7.8 - Hệ thống nguồn điện tủ điều khiển……………………………… 51 Hình 7.9 - Quá trình phun phủ mẫu thí nghiệm………………………………… 52 Hình 7.10 - Mẫu xử lý nhiệt sau đắp samốt để khô……………………… 53 Hình 7.11 - Quy trình xử lý nhiệt…………………………………………………… 54 Hình 7.12 - Tủ ổn định nhiệt………………………………………………………… 54 Hình 7.13 - Khối trụ gốm dùng để phun mẫu đo độ xốp, tỷ khối……………… 55 Hình 7.14 - Mẫu đo độ xốp lớp phủ……………………………………………… 55 Hình 7.15 - Cân lớp phủ khơ (a) cân lớp phủ nước cất (b)…………… 55 Hình 7.16 - Máy đo độ cứng HPO 250…………………………………………… 56 Hình 7.17 - Kính hiển vi điện tử Axiovert 25 CA………………………………… 56 Hình 7.18 - Mẫu sau đánh bóng……………………………………………… 56 Hình 7.19 - Phần mềm đo điện kết đo……………………………… 57 Hình 7.20 - Quy trình tạo mẫu thử ăn mịn……………………………………… 58 Hình 7.21 - Sơ đồ ngun lý đo điện hóa………………………………………… 59 Hình 7.22 - Máy đo độ mài mòn tự chế tạo (a) máy đo độ mài mịn TE97 (b)…………………………………… 60 Hình 7.23 - Mẫu thử mài mịn……………………………………………………… 61 Hình 8.1 - Ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến độ cứng lớp phủ…… 64 Hình 8.2 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ (x100)…………………………………… 65 Hình 8.3 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ nhơm(x500)……………………………… 66 Hình 8.4 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ Cr20Ni80(x500)………………………… 66 Hình 8.5 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phân cách thép Al (x500)…… 67 Hình 8.6 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ xử lý nhiệt 8000C-3h…………………… 68 Danh mục hình Trang Hình 8.7 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phân cách Al thép (x500)…… 69 Hình 8.8 - Ảnh bề mặt lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit HCl (pH=6)……………………………………… 70 Hình 8.9 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ…………………………………………… 71 Hình 8.10 - Biến thiên điện ăn mòn Ecorr lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit HCl (pH=6)……… 72 Hình 8.11 - Ảnh bề mặt lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit HNO3 (pH=6)…………………………………… 73 Hình 8.12 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ…………………………………………… 74 Hình 8.13 - Biến thiên điện ăn mịn Ecorr lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit HNO3 (pH=6)…… 74 Hình 8.14 - Ảnh bề mặt lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H3PO4 (pH=6)…………………………………… 75 Hình 8.15 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ…………………………………………… 76 Hình 8.16 - Biến thiên điện ăn mòn Ecorr lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H3PO4 (pH=6)…… 77 Hình 8.17 - Ảnh bề mặt lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H2SO4 (pH=6)…………………………………… 77 Hình 8.18 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ…………………………………………… 78 Hình 8.19 - Biến thiên điện ăn mòn Ecorr lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H2SO4 (pH=6)…… 79 Hình 8.20 - Đồ thị độ mài mòn với ma sát khơ…………………………………… 80 Hình 8.21 - Đồ thị độ mài mịn với ma sát ướt…………………………………… 82 Hình 8.22 - Đồ thị độ mài mịn lớp phủ ma sát khơ ma sát ướt…………… 84 Danh mục hình MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH PHẦN I - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG - MỞ ĐẦU ……………………………………………………………… CHƯƠNG - TỔNG QUAN………………………………………………………… CHƯƠNG - CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ KIM LOẠI……………………………… 3.1 - KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM…………………………………………………………… 3.2 - CHUẨN BỊ BỀ MẶT TRƯỚC KHI PHUN PHỦ…………………………………… 11 3.3 - CÁC CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ KIM LOẠI………………………………………… 12 3.3.1 - Phun khí cháy………………………………………………………………… 13 3.3.2 - Phun hồ quang điện………………………………………………………… 14 3.3.3 - Phun nổ……………………………………………………………………… 15 3.3.4 - Phun plasma………………………………………………………………… 15 3.3.5 - HVOF (High Velocity Oxygen Fuel)……………………………………… 16 3.3.6 - So sánh vận tốc nhiệt độ dòng lượng công nghệ…… 17 3.4 - CẤU TRÚC CỦA LỚP PHỦ KIM LOẠI……………………………………………… 17 CHƯƠNG - KHÁI NIỆM VỀ ĂN MÒN VÀ MÀI MÒN KIM LOẠI………………… 20 4.1 - ĂN MÒN……………………………………………………………………………… 20 4.1.1 - Khái niệm…………………………………………………………………… 20 4.1.2 - Phân loại …………………………………………………………………… 20 4.1.3 - Ăn mòn điện hóa…………………………………………………………… 21 4.1.4 - Hiện tượng thụ động kim loại……………………………………………… 23 4.1.5 - Tiêu chí đánh giá ăn mòn kim loại………………………………………… 24 4.1.6 - Bảo vệ kim loại chống ăn mịn……………………………………………… 24 4.2 - MÀI MỊN……………………………………………………………………………… 25 4.2.1 - Khái niệm…………………………………………………………………… 25 Mục lục Trang 4.2.2 - Phân loại mài mòn…………………………………………………………… 26 4.2.3 - Nâng cao khả chịu mài mòn………………………………………… 27 CHƯƠNG - LỚP PHỦ NHÔM VÀ LỚP PHỦ Cr20Ni80………………………… 28 5.1 - NHÔM (Al), CROM (Cr) VÀ NIKEN (Ni) …………………………………………… 28 5.1.1 - Nhôm (Al)…………………………………………………………………… 28 5.1.2 - Crom (Cr)…………………………………………………………………… 29 5.1.3 - Niken (Ni)…………………………………………………………………… 30 5.2 - LỚP PHỦ NHÔM……………………………………………………………………… 31 5.3 - LỚP PHỦ Cr - Ni……………………………………………………………………… 31 5.4 - TỔ HỢP LỚP PHỦ KÉP NHÔM VÀ Cr20Ni80 TRÊN NỀN THÉP CACBON………………………………………………………… 32 5.5 - ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN MỐI LIÊN KẾT …………… 35 5.5.1 - Tương tác lớp phủ Cr20Ni80 lớp phủ nhôm…………………… 35 5.5.2 - Tương tác lớp phủ nhôm thép……………………………… 36 PHẦN II - THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM………………………………… 39 6.1 - PHUN TẠO LỚP PHỦ .……………………………………………………………… 39 6.1.1 - Chuẩn bị bề mặt trước phun phủ……………………………………… 39 6.1.2 - Phun phủ……………………………………………………………………… 39 6.1.3 - Xử lý nhiệt lớp phủ………………………………………………………… 40 6.2 - XÁC ĐỊNH TỶ KHỐI VÀ ĐỘ XỐP CỦA LỚP PHỦ……………………………… 40 6.3 - XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA LỚP PHỦ…………………………………………… 42 6.4 - CHỤP ẢNH QUAN SÁT CẤU TRÚC TẾ VI………………………………………… 43 6.5 - NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĂN MÒN………………………………………………… 43 6.6 - NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MÀI MỊN……………………………………………… 45 CHƯƠNG - QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM VÀ TRANG THIẾT BỊ SỬ DỤNG…… 46 7.1 - PHUN TẠO LỚP PHỦ LÊN BỀ MẶT MẪU THÍ NGHIỆM………………………… 46 7.1.1 - Chuẩn bị bề mặt mẫu trước phun……………………………………… 46 7.1.2 - Phun phủ mẫu thí nghiệm………………………………………………… 50 7.1.3 - Xử lý nhiệt lớp phủ………………………………………………………… 53 7.2 - ĐO TỶ KHỐI VÀ ĐỘ XỐP CỦA LỚP PHỦ………………………………………… 54 7.3 - ĐO ĐỘ CỨNG CỦA LỚP PHỦ……………………………………………………… 56 Mục lục - 77 - Thời gian Ecorr (giờ) (V/SCE) 0.5 -0.613 -0.609 72 -0.27 168 -0.246 336 -0.21 504 -0.211 672 -0.216 Hình 8.16 – Biến thiên điện ăn mòn Ecorr lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H3PO4 (pH=6) Từ bảng số liệu đồ thị ta thấy điện ăn mòn Ecorr lớp phủ sau 72h nhìn chung tương đối ổn định dao động xung quanh giá trị -0,3V/SCE Sau 336h điện ăn mòn Ecorr dao động xung quanh giá trị -0,2V/SCE Điện ăn mịn Ecorr nhìn chung có xu hướng chuyển dịch theo chiều dương theo thời gian ngâm mẫu 8.4.4 - Trong dung dịch axit H2SO4 (pH=6) a) Ảnh bề mặt lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu 168h 336h 504h 672h Hình 8.17 - Ảnh bề mặt lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H2SO4 (pH=6) Sau 168h ngâm ngâm mẫu, bề mặt hệ lớp phủ bắt đầu có ăn mòn Trên bề mặt mẫu xuất số vùng sản phẩm ăn mòn màu vàng (≈90% diện tích) Các sản phẩm ăn mịn màu vàng gây nên có mặt sản phẩm ăn Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 78 - mòn chứa Cr, Ni sản phẩm ăn mịn từ thép Ngồi ta thấy hình thành sản phẩm ăn mịn màu trắng, xốp xen kẽ sản phẩm màu vàng (≈5% diện tích) Khi kết thúc thí nghiệm (sau 672h), màu sản phẩm ăn mòn màu vàng trở nên đậm sản phẩm ăn mịn màu trắng hình thành nhiều (≈20% diện tích) Để đưa kết luận xác chất trình ăn mịn, cần thêm phân tích khác b) Ảnh chụp cấu trúc tế vi mặt cắt ngang lớp phủ Ảnh chụp cấu trúc tế vi mặt cắt ngang lớp phủ kính hiển vi quang học lớp phủ trước sau thử nghiệm ăn mịn trình bày hình 8.16 Trên ảnh, vị trí từ trái qua phải: thép - lớp phủ nhôm - lớp phủ Cr20Ni80 - nhựa epoxy Dựa vào ảnh chụp cấu trúc tế vi mặt cắt ngang lớp phủ ta thấy lớp phủ CrNi bị ăn mịn nhiều, vài vị trí quan sát lớp Al bên hở lộ hẳn tiếp xúc trực tiếp với môi trường Đối với lớp phủ Al, chiều dày nguyên vẹn, không quan sát thấy tượng tách lớp; lớp phủ có nhiều lỗ xốp a b Hình 8.18 - Ảnh cấu trúc tế vi lớp phủ a) trước thử ăn mịn Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá b) sau thử ăn mòn 336h - 79 c) Kết đo điện ăn mòn Ecorr Kết đo điện ăn mòn Ecorr theo thời gian lấy giá trị trung bình thể bảng lập nên đồ thị hình 8.17 Thời gian Ecorr (giờ) (V/SCE) 0.5 -0.618 -0.589 72 -0.672 168 -0.42 336 -0.345 504 -0.439 672 -0.389 Hình 8.19 – Biến thiên điện ăn mòn Ecorr lớp phủ theo thời gian ngâm mẫu dung dịch axit H2SO4 (pH=6) Từ bảng số liệu đồ thị ta thấy điện ăn mòn Ecorr lớp phủ tương đối ổn định thời gian 72h đầu ngâm mẫu; giá trị Ecorr dao động xung quanh -0,65V/SCE Sau 168h, giá trị điện ăn mịn Ecorr có xu hướng chuyển dịch theo hướng dương, giá trị điện ăn mòn Ecorr có giá trị tương đối ổn định, dao động xung quanh khoảng 0,4V/SCE (gần với giá trị Eo(Ni2+/Ni) = -0,473V/SCE) Như vậy, Ecorr có sai khác rõ rệt giá trị thời điểm ngâm mẫu khác 8.5 - ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN MÀI MÒN CỦA LỚP PHỦ 8.5.1 - Độ mài mòn lớp phủ với ma sát khơ Kết độ mài mịn lớp phủ không xử lý nhiệt có xử lý nhiệt 5000C-3h đạt độ cứng cao theo thời gian với mẫu 40Cr đối chứng thể đồ thị hình 8.18 Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 80 - Hình 8.20 – Đồ thị độ mài mịn với ma sát khô Theo đồ thị ta thấy 75m đầu độ mài mòn mẫu tăng nhanh đến giá trị định, sau ổn định dần độ mài mòn tăng chậm Đặc biệt với mẫu xử lý nhiệt 500oC-3h sau 380m độ mài mịn thay đổi Độ mài mịn qng ng t 380 ữ 460m ch l 0,69àm i vi lớp phủ khơng xử lý nhiệt sau khoảng 340m độ mài mịn 62,79µm Đối với mẫu xử lý nhiệt chế độ 500oC-3h sau 340m độ mài mịn 34,16µm sau 460m độ mài mịn 38,64µm Như thấy khả chịu mài mòn lớp phủ xử lý nhiệt 500oC-3h tốt so với lớp phủ không xử lý nhiệt Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 81 - So sánh với mẫu đối chứng 40Cr ta thấy khả chịu mài mòn lớp phủ cao Mặc dù mài mịn ma sát khơ khả chịu mài mịn lớp phủ khơng xử lý nhiệt tương đương với thép 40Cr, lớp phủ phủ xử lý nhiệt 500oC-3h tốt hẳn so với thép 40Cr Các kết hoàn toàn phù hợp với giá trị độ cứng chúng Nếu xét tồn qng đường chịu mài mịn tốc độ mài mịn trung bình sau: + Mẫu khơng xử lý nhiệt là: 62,79/340 = 0,185 μm/m + Mẫu 500oC-3h là: 38,64/460 = 0,084 μm/m + Mẫu 40Cr đối chứng là: 61,06/340 = 0,180 μm/m Như vậy: - Tốc độ mài mòn mẫu xử lý nhiệt 5000C-3h nhỏ - Tốc độ mài mịn mẫu khơng xử lý nhiệt lớn lần so với mẫu xử lý nhiệt 500oC-3h - Tốc độ mài mòn mẫu không xử lý nhiệt tương đương với mẫu 40Cr đối chứng 8.5.2 - Độ mài mòn lớp phủ với ma sát ướt Ta đo độ mài mòn lớp phủ trường hợp ma sát ướt (có dầu bôi trơn) cho mẫu không xử lý nhiệt mẫu có xử lý nhiệt 5000C-3h đạt độ cứng cao theo thời gian với mẫu 40Cr đối chứng Kết thể đồ thị hình 8.19 Theo đồ thị ta thấy khoảng 50m độ mài mòn mẫu tăng nhanh (đặc biệt mẫu 40Cr đối chứng), sau ổn định dần độ mài mòn tăng chậm Đối với lớp phủ khơng xử lý nhiệt sau khoảng 1000m độ mài mịn 35,69µm Đối với mẫu xử lý nhiệt chế độ 500oC-3h sau 1000m độ mài mịn 21,06µm Như thấy khả chịu mài mòn dầu lớp phủ xử lý nhiệt 500oC-3h tốt so với lớp phủ không xử lý nhiệt Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 82 - Hình 8.21 - Đồ thị độ mài mòn với ma sát ướt So sánh với mẫu đối chứng 40Cr ta thấy khả chịu mài mòn lớp phủ cao hẳn Điều giải thích cấu trúc vật liệu Với lớp phủ lớp nhỏ xếp chồng lên xen kẽ lỗ xốp, với 40Cr vật liệu truyền thống sau đúc nên có cấu trúc liên tục.Từ ta phân tích số ưu nhược điểm hai loại vật liệu sau: + Với lớp phủ: Khả bôi trơn tốt hơn, độ cứng tương đương Độ cứng cịn cao nhiều loại thép thơng thường: thép CT, thép cacbon thấp chưa qua xử lý nhiệt + Với 40Cr qua xử lý nhiệt có tính tổng hợp cao Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 83 - Nếu xét tồn qng đường chịu mài mịn tốc độ mài mịn trung bình sau: + Mẫu khơng xử lý nhiệt là: 35,69/1000 = 0,03569 μm/m + Mẫu 500oC-3h là: 21,06/1000 = 0,02106 μm/m + Mẫu 40Cr đối chứng là: 86,01/340 = 0,25297 μm/m Như vậy: - Tốc độ mài mòn mẫu xử lý nhiệt 5000C-3h nhỏ - Tốc độ mài mịn mẫu khơng xử lý nhiệt lớn 1,66 lần so với mẫu xử lý nhiệt 500oC-3h - Lớp phủ chịu mài mòn tốt hẳn thép 40Cr đối chứng ma sát ướt Đồ thị mài mòn lớp phủ ma sát ướt gần theo quy luật: - Giai đoạn mài mòn: Lớp phủ bị mài mòn liên tục thể đồ thị đường cong lên Điều kết cọ sát hai bề mặt tiếp xúc nhau, lớp phủ có độ cứng khơng cao dẫn đến kết lớp phủ bị bong nhanh - Giai đoạn ổn định: Độ mài mịn khơng tăng điều giải thích đoạn nằm ngang đồ thị Điều giải thích sau lớp thứ bị bong tách cịn bám lại bề mặt điều kiện tốt để tạo bề mặt có lớp hạt trượt làm giảm tiếp xúc hai bề mặt cọ sát vào nhau, mặt khác có chứa nhiều lỗ xốp nên lớp hốc chứa dầu lớp bị bong ra, đến lớp bôi trơn cách liên tục làm giảm đáng kể ma sát phần tiếp xúc - Giai đoạn 3: giai đoạn lặp lại giai đoạn mài mòn tiếp tục tăng lớp phủ thứ hai bị mịn Các q trình tiếp tục theo thời gian, sau giai đoạn ổn định theo lý thuyết kéo dài 8.5.3 - So sánh độ mài mòn lớp phủ trường hợp ma sát khô ma sát ướt Trên đồ thị hình 8.20 thể độ mài mịn lớp phủ xử lý nhiệt 5000C-3h trường hợp ma sát khô trường hợp ma sát ướt Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 84 - Hình 8.22 – Đồ thị độ mài mịn lớp phủ ma sát khô ma sát ướt Ta thấy độ mài mòn hệ số ma sát trường hợp ma sát ướt ổn định tăng chậm nhiều so với trường hợp ma sát khô Ngược lại, độ mài mòn lớp phủ ma sát khô tăng dần theo thời gian Điều giải thích độ xốp lớp phủ Trong điều kiện ma sát khô, phần tử kim loại dễ bong tróc chúng có độ bám liên kết với tương đối thấp Ngược lại, điều kiện ma sát ướt, lỗ xốp lớp phủ kim loại ngậm dầu tạo túi đựng dầu nhỏ dự trữ cho trường hợp màng dầu bị phá hủy Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 85 - Nếu xét toàn quãng đường chịu mài mịn tốc độ mài mịn trung bình sau: + Ma sát khơ: 38,64/460 = 0,084 μm/m + Ma sát ướt: 14,33/460 = 0,031 μm/m Tốc độ mài mòn lớp phủ trường hợp ma sát khô cao 2,5 lần so với trường hợp ma sát ướt Như vậy, lớp phủ làm việc điều kiện ma sát ướt tốt nhiều so với làm việc điều kiện ma sát khơ Chương 8: Kết thí nghiệm đánh giá - 86 - PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu lớp phủ hợp kim Cr20Ni80 với lớp phủ trung gian Al thép carbon CT38 chế tạo công nghệ phun phủ hồ quang điện với thiết bị phun OSU-Hessler 300A (Đức) Đã xác định tính chất lý lớp phủ: - Độ xốp lớp phủ Al: 10,37%; độ xốp lớp phủ Cr20Ni80: 11,79% - Đo độ cứng thô đại lớp phủ với chế độ xử lý nhiệt khác Mẫu khơng qua xử lý nhiệt có độ cứng 213HB, mẫu xử lý nhiệt 5000C có độ cứng cao 401HB - Kết ảnh cấu trúc tế vi cho thấy xử lý nhiệt làm lớp phủ có độ xít chặt, chiều dầy lớp phủ bị giảm đáng kể, lớp phủ nhôm khuyếch tán vào thép hình thành lớp liên kim tăng độ bám dính Chế độ ủ tối ưu 5000C Luận văn nghiên cứu đánh giá khả bảo vệ chống ăn mòn thép hệ lớp phủ loại dung dịch axit thông dụng (HCl, HNO3, H3PO4 ,H2SO4) pH=6 (axit yếu) Phương pháp sử dụng đo điện ăn mòn Ecorr kết hợp với chụp ảnh quan sát bề mặt cấu trúc tế vi mặt cắt ngang lớp phủ khoảng thời gian định ngâm mẫu Kết thử ăn mòn cho kết khả quan, lớp phủ có khả chống ăn mòn dung dịch axit HNO3 (pH=6) tương đối tốt Trong mơi trường ăn mịn nghiên cứu lớp phủ Cr20Ni80 sinh sản phẩm ăn mòn tạo màng barier ngăn chặn tác nhân gây ăn mòn Khi lớp phủ Cr20Ni80 bị xuyên thủng lớp phủ Al phát huy tác dụng rào cản chống lại xâm nhập tác nhân ăn mịn, đồng thời lại có tính hoạt động anod hy sinh tan dần để bảo vệ thép Kết luận kiến nghị - 87 - Như vậy, tổ hợp lớp phủ hợp kim Cr20Ni80 bên lớp phủ nhôm bên có khả kết hợp hai hiệu ứng bảo vệ trên, góp phần nâng cao tuổi thọ kết cấu thép Khả chịu mài mòn lớp phủ xử lý nhiệt không xử lý nhiệt nghiên cứu hai điều kiện ma sát khô ma sát ướt, mẫu đối chứng thép 40Cr Kết cho thấy lớp phủ thích hợp với điều kiện mài mịn có dầu bơi trơn Khả chịu mài mòn dầu lớp phủ xử lý nhiệt 5000C cao (tốc độ mài mịn trung bình 0,021μm/m với tải trọng 40N tốc độ 3,13m/ph), thấp 2,5 lần so với lớp phủ không xử lý nhiệt Dựa vào kết nghiên cứu ta thấy lớp phủ hợp kim Cr20Ni80 bên lớp phủ nhôm bên ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp với giá thành phù hợp Cụ thể điều kiện sau: chống ăn mịn mơi trường nhẹ, chịu mài mòn, áp dụng cho chi tiết, kết cấu như: bạc lót, băng tải, cánh tua bin, thành lò nung, khung giá đỡ phụ kiện lò, cánh bơm, cánh quạt, tuabin, cổ trục động cơ, Đặc biệt tốt cho chi tiết làm việc điều kiện chịu mài mịn bơi trơn đầy đủ KIẾN NGHỊ Để kết khảo sát đầy đủ tốt cần phải xây dựng toán tối ưu hóa q trình cơng nghệ phun phủ để tạo lớp phủ thích hợp (chống ăn mịn, chịu mài mịn) Về phần ăn mịn cần tiến hành phân tích thành phần pha để đưa kết luận xác chất q trình ăn mịn xử lý phổ tổng trở để khảo sát sâu q trình điện hóa diễn hệ theo thời gian Khảo sát thêm tính chất cơ, lý lớp phủ sau ăn mòn Về phần mài mòn cần phải thực thêm thí nghiệm chế độ mài mịn khơ, ướt với nhiều chế độ thử khác (lực, nhiệt độ, cặp vật liệu ma sát…) Kết luận kiến nghị - 88 - TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Catalog thiết bị Lê Công Dưỡng (1997), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Thu Quý (2006-2008), Báo cáo đề tài nghiên cứu bản, mã số 518506, Nghiên cứu lớp phủ hợp kim kẽm - nhôm chế tạo phương pháp phun phủ hồ quang điện để bảo vệ thép làm việc môi trường biển, Bộ khoa học Cơng nghệ Hồng Tùng (1993), Phục hồi bảo vệ bề mặt phun phủ, ĐHBK Hà Nội Nguyễn Văn Tư (1999), Xử lý bề mặt, ĐHBK Hà Nội Nguyễn Văn Tư (2002), Ăn mòn bảo vệ vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nghiêm Hùng (1999), Giáo trình vật liệu học, ĐHBK Hà Nội PGS.TS Hồng Tùng (2002), Cơng nghệ phun phủ ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phan Quang Thế (2008), Ma sát mịn, ĐH Cơng nghiệp Thái Nguyên 10 Trần Hiệp Hải (2005), Phản ứng điện hóa ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội 11 Trịnh Xuân Sén (2004), Điện hóa học, ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội 12 http://vi.wikipedia.org Tài liệu tham khảo - 89 - TIẾNG ANH 13 Annual book of ASTM standard section volume 03.02 14 ASM Handbook (1987), Volume 13: Corrosion, ASM International, Metal Park, OH 15 Catalog electric arc spray OSU-Hessler 300A 16 P.Araujo, D.Chicot, M.Staia and J.Lesage (2005), “Residual Stresses and Adhesion of Thermal”, Surface Engineering, Vol21 (No1), 35-39 17 X Y Wang, J F Li, H Liao, B Normand, C X Ding and C Coddet (24 March 2003), “Effect of a localized thermal treatment process on the electrochemical behaviour of themally sprayed nickel-based alloy”, Suface and Coatings Technology, Volume 166, Issues 2-3, 167-175 Tài liệu tham khảo ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN LÀM VIỆC TRONG MƠI TRƯỜNG ĂN MỊN VÀ MÀI MÒN CỦA LỚP PHỦ HỢP KIM Cr20Ni80 CHẾ TẠO BẰNG... Vì vậy, tơi chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu độ bền làm việc môi trường ăn mòn mài mòn lớp phủ hợp kim Cr20Ni80 chế tạo công nghệ phun phủ hồ quang điện? ?? Vật liệu Cr20Ni80 có nhiều tính đặc biệt song... tốc độ mài mịn khơ mài mòn dầu lớp phủ Với việc nghiên cứu theo hệ thống kết nghiên cứu đưa tính chống ăn mịn mài mòn lớp phủ hợp kim Cr20Ni80 với lớp phủ trung gian nhơm Từ đó, định hướng việc